汽车动力转向系统的原理与检修.docx

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汽车动力转向系统的原理与检修

汽车动力转向系的原理与检修…………………………………………2

摘要………………………………………………………………………2

绪论………………………………………………………………………3

1概述……………………………………………………………………4

1.1什么是汽车转向系统……………………………………………4

1.2汽车动力转向系统概述…………………………………………4

1.3转向动力系统工作原理…………………………………………8

2汽车动力转向系统的故障诊断……………………………………10

2.1动力转向系故障诊断…………………………………………10

2.2转向系仪器检测………………………………………………13

3对汽车动力转向系统的故障进行维修……………………………16

4结论…………………………………………………………………22

谢辞……………………………………………………………………23

参考文献………………………………………………………………24

摘要

本文阐述了汽车动力转向系统各个部分的作用、组成、主要构造、工作原理、及可能出现的故障，同时提出了对出现的故障进行维修的可行方案；采用了理论与实际相结合的方法，对每个问题都有良好的认识，对所学内容进行了良好的总结归纳，以此进一步熟悉掌握汽车转向系统的各方面知识，深化巩固所学知识，做到理论与实际相结合，在理论学习的前提下，用实际更好的理解所学内容。

关键词：

汽车动力转向系统，工作原理，故障，维修。

绪论

汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。

起作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。

因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性。

1概述

1.1什么是汽车转向系统

用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统（steeringsystem）。

汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。

汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。

汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。

1.2汽车转向系统概述

汽车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶方向。

就轮式汽车而言,实现汽车转向的方法是,驾驶员通过一套专设的机构,使汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵横线偏转一定角度。

这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。

汽车转向系统分为两大类：

机械转向系统和动力转向系统。

机械转向系统：

完全靠驾驶员手力操纵的转向系统。

动力转向系统：

借助动力来操纵的转向系统。

动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。

1.2.1动力转向系统概述

动力转向系统是利用发动机的动力来帮助司机进行转向操纵的装置，它把发动机的能量转换成液压能（电能或气压能），再把液压能（电能或气压能）转换成机械能作用在转向轮上帮助司机进行转向，故应称之为动力助力转向系统。

它最初主要是为了减小司机施加到方向盘上的转向力而应用到汽车上的。

从本世纪30年代开始在汽车上应用动力转向系统。

当时，主要是在重型汽车上安装，采用的动力源包括气压和液压。

到目前为止，气压动力转向已被淘汰，最广泛的应用的是液压动力转向，另外还有刚开始推广应用的电动动力转向。

目前在国内外不但重型车装用动力转向系统，而且在轻型车和轿车上也极普遍的应用。

从50年代起，各汽车工业发达国家就竞相发展动力转向装置。

出现了许多生产动力转向器和转向油泵的专业厂家，并且已将产品系列化。

1、动力转向系统的优点：

（1）减轻方向盘上的转向力，特别是在原地转向和低速大转角转向时减小转向力；

（2）提高了转向灵敏性。

从汽车转向系统设计的两个主要要求即转向轻便与转向灵敏这一矛盾出发，现在动力转向解决了转向轻便问题，从而使得转向器设计可以根据整车布置的不同要求，选择更为合适的转向器速比以提高转向系统的灵敏性，也即是可以更合理地选择方向盘的圈数。

这一点对于经常在山区多弯（尤其是多急弯）公路上行驶的汽车，效果更为明显；

（3）减小了地面反冲对方向盘的影响；

（4）在某个车轮爆破的情况下，可以更好地阻止车轮的突然转向，从而改善安全性；

（5）转向车轮的允许负荷较大，可以增加总布置的自由度。

2、对动力转向系统的期望

（1）安全性：

要有足够的使用寿命。

即使在动力转向系统失效的情况下，车辆仍然具有转向的能力。

（2）敏感性：

除了在各种行驶情况下都能提供足够的动力助力外，还应该在方向盘上保持足够的路感。

（3）维修保养性：

维修保养性要好。

1.2.1转向器结构与性能的分析比较和选型

（1）动力转向按其动力源可分为三类：

①、气压式

②、液压式

③、电动式

目前气压式已经淘汰，电动式在国外已经开始实际应用，国内则尚处于开发阶段，而使用最多的是液压式，其中还包括了增加电子控制系统的速度感应式动力转向器。

（2）液压式动力转向系统按其布置型式分为：

（1）、整体式--机械转向机、控制阀、助力缸包含在一个总成内。

（2）、分置式--机械转向机与助力缸分开。

1.2.2转向操纵机构

图1-2

转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。

1.2.3转向传动机构　

转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。

1.2.4转向直拉杆

转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂（或转向节臂）。

它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可*。

直拉杆的典型结构如图1-5在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。

图1-5

1.螺母2.球头销3.橡胶防尘垫4.螺塞5.球头座6.压缩弹簧7.弹簧座8.油嘴9.直拉杆体10.转向摇臂球头销

1.2.5转向减振器

随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。

在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。

转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。

1.3汽车动力转向原理

汽车转向原理

汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O转动，如图1-4显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。

为了满足上述要求，左、右前轮的偏转角应满足如下关系：

由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离，称为车转弯半径。

转弯半径越小，则汽车转向所需场地就越小。

当外转向轮偏转角达到最大值

时，转弯半径R最小。

在理想情况下，最小转弯半径

与

的关系为：

动力转向系统的工作原理

　　动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加一套动力辅助装置组成的。

如下图，转向油泵6安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动并向外输出液压油。

转向油罐5有进、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀2联接。

转向控制阀用以改变油路。

机械转向器和缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀联接。

　　当汽车直线行驶时，转向控制阀2将转向油泵6泵出来的工作液与油罐相通，转向油泵处于卸荷状态，动力转向器不起助力作用。

当汽车需要向右转向时，驾驶员向右转动转向盘，转向控制阀将转向油泵泵出来的工作液与R腔接通，将L腔与油罐接通，在油压的作用下，活塞向下移动，通过传动结构使左、右轮向右偏转，从而实现右转向。

向左转向时，情况与上述相反。

　　液压动力转向系统示意图

　　l.转向操纵机构2.转向控制阀3.机械转向器与转向动力缸总成4.转向传动结构5.转向油罐6.转向油泵R.转向动力缸右腔L.转向动力缸左腔

2汽车转向系统的故障诊断

2.1动力转向系故障诊断

为了操纵轻便，转向灵敏和提高行车安全，目前高级乘用车、豪华客车和重型货车广泛

图2-2机械转向系转向轮抖动常见故障原因的诊断流程

采用了动力转向系。

动力转向系一般是在机械转向系的基础上加装转向助力装置；常用的助力装置是液压式，主要由转向泵、动力油缸、控制阀、转向油罐和油管等组成。

动力转向系的常见故障部位主要有：

转向盘自由行程、转向传动机构连接处、转向器、转向泵、控制阀、油管接头等。

动力转向系的常见故障主要是转向沉重和转向噪声。

2.2.1转向沉重

2.2.1.1故障现象

汽车行驶中，驾驶员向左、右转动转向盘时，感到沉重费力，无回正感；汽车低速转弯行驶和调头时，转动转向盘感到非常沉重，甚至打不动。

2.2.1.2故障主要原因及处理方法

转向沉重故障一般由液压转向助力系统失效或助力不足，机械传动机构损坏或调整不当引起。

具体原因主要是：

①转向油罐油液油量不足或规格不对，应使用正确的油液并调整到规定高度。

②油路堵塞或不畅，应予检修。

③油路中有泄漏现象，应予检修排除。

④油路中有空气，应予排气。

⑤转向泵传动带损坏或打滑，应予调整或更换。

⑥调节阀失效，使输出压力过低，应予更换或调整。

⑦转向机构调整不当，应予调整等。

2.2.1.3故障诊断方法

检查转向油罐中油液是否不足，规格是否不对和有无气泡，检查管接头有无松动，转向泵传动带张紧力是否正常。

将转向盘向左右极限位置来回转动，如果左右转向都沉重，故障在转向泵、液压缸或转向传动机构；如果左右转向助力不同，故障在控制阀。

详见图2-3所示动力转向系转向沉重助力部分常见故障原因的诊断流程。

图2-3动力转系转向沉重助力部分常见故障原因的诊断流程

2.2.2转向噪声

2.2.2.1故障现象

汽车转向时，转向系出现过大的噪声。

2.2.2.2故障主要原因及处理方法

装有动力转向系的汽车，在发动机起动后，转向助力泵的溢流阀中出现液流噪声是正常的，但噪声过大甚至影响转向性能时，该噪声应视为故障。

因助力系统引起转向噪声的原因主要是：

①转向泵损坏或磨损严重，应予修理或更换。

②转向泵传动带打滑，应予调整或更换。

③控制阀性能不良，应予检修。

④系统中渗入空气，应予排气。

⑤管道不畅，应予检修等。

2.2.2.3故障诊断方法

转向时发出“咔哒”声，在已排除转向泵叶片噪声的情况下，则由转向泵带轮出现松动引起。

转向时发出“嘎嘎”声，由转向泵传动带打滑引起。

转向时转向泵发出“咯咯”声，是由于系统中有空气；发出“嘶嘶”声，而且系统无泄漏，转向泵传动带张紧度也合适，则由油路不畅或控制阀性能不良引起。

2.2.3动力转向系的其他故障

2.2.3.1转向助力瞬间消失

故障原因主要是：

转向泵传动带打滑，控制阀密封圈泄漏，系统泄漏造成油面过低，发动机怠速过低，系统内有空气等。

2.2.3.2转向盘回位不良

故障原因主要是：

系统内有空气、压力限制阀工作不良，控制阀弹簧失效等。

2.2.3.3转向盘自由行程过大

故障原因主要是：

系统内有空气或压力限制阀失效。

需针对故障原因，找出故障位置。

2.3转向系仪器检测

转向系的常用诊断参数有：

转向盘最大自由转动量（即转向盘自由行程，°）、转向盘外缘最大转向切向力（即转向盘最大转向力，N）、转向轮最大转向角（°）、汽车最小转弯半径（m）、转向轮定位参数等。

对于前轮转向的汽车，转向轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束，即我们常说的前轮定位。

转向轮定位的检测在行驶系中介绍。

转向轮定位应该是行驶系的内容，但由于该参数的改变，既可能造成行驶系故障（如轮胎异常磨损），也可能造成转向系故障（如转向沉重），因此转向轮定位参数通常也作为转向系的诊断参数。

依靠人工经验很难判断转向盘的转向力和自由转动量是否正确，可以使用专门仪器来检测。

2.3.1转向盘转向力的检测

操纵稳定性良好的汽车，必须有适度的转向轻便性。

如果转向沉重，不仅增加驾驶员的劳动强度，而且可能会因不能及时正确转向而影响行车安全。

如果转向太轻，又可能导致驾驶员路感太弱或汽车“发飘”，同样不利于行车安全。

转向轻便性可用一定行驶条件下作用在转向盘上的转向力（即作用在转向盘外缘的最大切向力）来表示，采用转向参数测量仪可以测得转向盘转向力。

下面以国产Z。

—2型转向参数测量仪为例，介绍其检测转向盘转向力的方法。

2.3.1.1安装

将转向参数测量仪对准被测转向盘中心，调整好三只活动卡爪长度，与转向盘牢固连接。

2.3.1.2检测

转动操纵盘，转向力通过底板、力矩传感器、连接叉传递到被测转向盘上，使转向盘转动。

此时，力矩传感器将转向力矩变成电信号，而定位杆内端连接的光电装置则将转角的变化转变为电信号。

这两种电信号由微机自动完成数据的采集、转角的编码、运算、分析、存储、显示和打印，因而该仪器既可测得转向力，又可测得转向盘转角。

转向力的检测可按转向轻便性实验方法进行，一般有原地转向力实验、低速大转角（“8”字行驶）转向力实验、弯道转向力实验等，可参照有关国家标准的规定进行检测。

2.3.1.3结果分析

按GB/T18565中7.2.1条的规定，路试时检测转向盘最大转向力采用如下方法：

汽车空载在平坦、干燥和清洁的硬路面上，以10km/h的速度在5s之内沿螺旋线从直线行驶过渡到直径为24m的圆周行驶，施加于转向盘外缘的最大切向力不得大于150N。

图2-4转向盘自由转动量的

检测

1—转向盘；2—指针；

3—刻度盘；4—转向管柱

2.3.2转向盘自由转动量的检测

转向盘自由转动量又可称为转向盘自由行程，是指汽车保持直线行驶位置不动时，左右晃动转向盘时的自由转动量（游动角度）。

GB/T18565中7.1.1和7.1.2条规定：

最大设计车速大于或等于100km/h的汽车，转向盘自由转动量最大为200；最大设计车速小于100km/h的汽车，转向盘自由转动量最大为300。

转向盘自由转动量是一个综合诊断参数，当其超过规定的值时，说明从转向盘至转向轮的传动链中有—处或几处的配合出现松旷。

转向盘自由转动量过大时，将造成驾驶员工作紧张，并影响行车安全。

转向盘自由转动量可采用专用检测仪进行（转向参数测量仪也能检测）。

简易的转向盘自由转动量检测仪由刻度盘和指针两部分组成，如图2-4。

刻度盘通过磁力座吸附在驾驶室仪表盘或转向管柱上，指针则固定在转向盘的周缘上；也可将指针通过磁力座固定在仪表板或转向管柱上，而刻度盘固定在转向盘周缘上。

使用该种检测仪时，应使汽车保持直线行驶位置不动，转动转向盘至一侧极限位置，将刻度盘归零，再轻轻转动转向盘至行程另一侧极限位置，指针所示刻度即为转向盘自由转动量。

3对汽车动力转向系统的故障进行维修

3.1.1转向操纵机构的维修

转向操纵机构的维护和修理作业主要包括：

3.1.1.1清洁部件外部。

3.1.1.2检查转向管柱与转向盘、转向器的花键连接是否松动或磨损，视情况予以更换。

3.1.1.3检查转向传动轴万向节有无松动、磨损，视情况予以更换。

图3-1转向盘自由行程的调整

1—锁紧螺母；2—调整螺栓；3—锁片；

4—锁紧螺母；5—调整螺母

3.1.1.4润滑万向节。

3.1.2转向器的维修

3.1.2.1转向器的维护

（1）检查转向器固定是否可靠，有无漏油现象。

若有，应将转向器可靠固定，找出漏油原因并加以排除。

（2）检查转向器外壳是否破裂，视情况焊补或更换。

（3）检查调整齿轮、齿条配合间隙。

（4）检查调整转向盘自由行程。

以循环球式转向器为例：

如图3-1松摇臂轴上调整螺栓的锁紧螺母1，拧动调整螺栓2，使自由行程满足±15°，然后将调整螺栓锁止。

（5）紧固。

按规定力矩紧固转向器螺钉、转向器与车架的固定螺钉、转向管柱固定螺钉等。

（6）润滑。

转向器润滑油一般每隔8000km检查添加，48000km更换；每隔2000km润滑转向传动轴。

3.1.2.2转向器的修理

齿轮齿条式转向器由于结构紧凑，传动机构简单，在乘用车上得到广泛使用。

图3-2天津夏利齿轮齿条式转向器的结构图。

现以该车为例，阐述这类转向器的拆卸、检修与装配。

桑塔纳、奥迪等乘用车都使用齿轮齿条式转向器，其结构与天津夏利乘用车转向器基本相同。

图3-2天津夏利齿轮齿条式转向器的结构

齿条接头上，直到标记对准。

初步拧紧锁紧螺母，在检查调整好前轮前束后，最后拧紧锁紧螺母。

循环球式转向器正传动效率可达90%-95%，操纵轻便，使用寿命长，在货车上得到广泛应用。

3.1.3转向传动机构的维修

3.1.3.1转向传动机构的维护

（1）检查调整转向拉杆球头销的松紧度。

（2）检查调整最大转向角。

（3）紧固和润滑。

3.1.3.2转向传动机构的修理

（1）拆卸与分解

①分开转向摇臂与直拉杆。

②在转向摇臂与摇臂轴之间做好装配记号，拆下转向摇臂。

③拆下转向直拉杆总成并分解。

④拆下转向横拉杆总成并分解。

（2）检修

①检查转向摇臂或上端花键有无裂纹或损坏，若有应更换。

②检查转向摇臂锁紧螺母有无损伤，若有应更换。

③各球头销、销座及球碗应无裂纹，球头销颈部磨损不超过1mm，球面磨损失圆不超过0.50mm，否则应更换。

④球头销螺纹应无损伤，否则应更换；球头销弹簧不应有弹力减弱或折断现象，否则应更换。

⑤检查转向节应无裂纹，轴颈与轴承的配合间隙符合要求。

⑥防尘装置应齐全、有效。

（3）装配

①安装转向直拉杆总成：

将弹簧座、弹簧和上球头座依次装入转向直拉杆端头的支承孔。

将球头销的球头涂以润滑脂，从转向直拉杆侧面的大孔中装入。

放入球头座，拧入螺塞；拧紧时先将螺塞拧到底，再退回1/5～1/2圈，然后用开口销锁住调整螺塞。

装上油封和护套。

装配转向直拉杆的另—端。

将转向直拉杆的两个球头销分别装到转向摇臂和转向节上臂锥孔内，按规定力矩拧紧球头销螺母，装好开口销。

②安装转向横拉杆总成：

将转向横拉杆接头夹在虎钳上，装入上球头座。

将球头销涂以润滑脂，使球头销穿过上球头座中心孔后落入球头座，再依次装入球头座、弹簧座和弹簧，拧上螺塞；拧紧时先将螺塞拧到底，再退回1/5-1/2圈，然后用开口销锁住调整螺塞。

在球头销端装入油封、密封罩和油封盖，并装配另—端转向横拉杆接头总成。

分别将左、右横拉杆接头总成装到横拉杆的两端，并拧紧左右横拉杆接头的4个螺栓。

把转向横拉杆总成装到左、右梯形臂的锥孔内，按规定力矩拧紧球头销螺母，装好开口销。

③将转向摇臂上端套入转向摇臂轴，对正装配记号，将轴端螺母拧紧。

以桑塔纳2000为例：

3.2.1.1检查转向油罐油平面和油液质量

①热车时让发动机怠速，转动转向盘，使油温达到40OC—80OC，检查转向油罐液面高度。

②检查油液是否有起泡或乳化现象。

3.2.1.2检查油压

①系统压力检查。

如图3-3，打开压力表阀门，起动发动机并怠速运转，满方向转动转向盘数次，压力表读数应为6.80～8.20Map。

②转向泵压力检查。

如图3-4，起动发动机并怠速运转，满方向转动转向盘数次，将压力表阀门关闭（不超过5s），压力表读数应为6.80～8.20Map。

3.2.1.3清洁转向器及转向油泵外部

清洁并检查是否有漏油痕迹。

图3-3系统压力的检查

图3-4转向泵压力的检查

3.2.1.4检查各连接油管、接头

检查油管是否漏油，接头连接是否牢固可靠。

3.2.1.5检查转向油泵传动带松紧度

如图3-5，松开转向油泵装配支架上的2个螺母，转动调整螺栓，当带中部的挠度为9～10mm时，再将2个螺母锁止。

3.2.1.6测量转向盘上的转向力

超过40N应予以检查维修，同时，转向盘自由行程应在规定范围内。

3.2.1.7转向器齿轮齿条的间隙调整

通过图3-6中所标的调节螺钉进行调整。

图3-5转向油泵传动带张力的调整

1—调整螺栓；2—锁紧螺母

图3-6齿轮齿条间隙的调整

3.2.1.8转向油更换

①支起汽车前部，使两前轮离开地面。

拧下转向油罐盖，拆下回油管放油。

同时起动发动机怠速运转，左右转动转向盘。

②关闭发动机，在转向油罐中添加转向油至规定高度，满打转向盘2～3次，若液面下降需补充转向油。

降下汽车前部，起动发动机怠速运转，满打转向盘2—3次。

重复以上操作，直到转向油罐液面无明显下降，转向油罐中转向油无气泡和乳化现象为止。

3.2.2.2检修

注意以下事项：

①重点检查限压阀、流量限制阀和叶轮的磨损情况。

对于严重磨损或损坏的零件，必须更换。

②密封衬垫等经过拆卸后应更换新件。

③橡胶防护套应无损坏。

④供油压力应为8.5～9.5MPa；

3.2.2.3安装调整

按拆卸的相反顺序进行；软管连接处换用新的密封环；管接头螺栓、支架固定螺栓、限压阀螺塞等处的拧紧力矩严格按照制造商的要求；参照上述“转向油更换”中的方法添加新的转向油。

带动力转向装置的整体式转向器，可靠性较高，一般不需要分解检修；只有确认转向器存在故障需要检修时，才予以分解。

此种转向器的常见损坏是漏油和齿轮齿条间隙过大。

漏油一般发生在管接头、密封圈、油封等处；齿轮齿条的间隙可通过调节螺钉予以调整。

维修完成后的转向系应满足：

（1）不与其他部件发生干涉。

（2）转向盘转动灵活，操纵轻便，无阻滞、摆振现象。

（3）转向轮具有自动回正能力。

（4）转向盘的转向力和自由行程在规定范围内。

（5）汽车不得有摆振、路感不灵、跑偏或其他异常现象。

（6）转向节及转向臂、转向横（直）拉杆及球销应无裂纹和损伤，并且球销不得松旷。

（7）横、直拉杆不得拼焊。

（8）转向轮定位正确。

（9）侧滑符合要求。

结论

汽车电子化已成为当前的热点，电子信息技术和汽车制造技术逐步走向融合，电子技术让汽车转向系统到达一个新的领域。

随着未来汽车市场的快速发展和汽车电子价值含量的迅速提高，我国汽车电动转向系统将形成巨大经济规模效应。

可以预料，随着我国汽车技术的进步，汽车电子新技术必将会得到越来越广泛的应用，国产汽车电动转向系统也必将走向成熟。

虽然要赶上国际汽车的最高水平还有一段路要走，但将来在世界汽车技术尤其是汽车电动转向系统这一领域，我国必定占有一席之地。

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